MEMS芯片簡介及測試

01什么是MEMS

MEMS是Micro-Electro-Mechanical System的縮寫，微電子機(jī)械系統(tǒng)。MEMS傳感器感知環(huán)境中的各類自然信號(hào)，按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可檢測量化的信號(hào)，對(duì)所得到的信號(hào)進(jìn)行分析處理和識(shí)別判斷，以實(shí)現(xiàn)智能型傳感器的功能。



MEMS傳感器和傳統(tǒng)傳感器相比，兼具體積小，重量輕，功耗低，一致性高，可靠性高，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
傳感器廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類和工業(yè)類電子領(lǐng)域，日常生活中的手機(jī)，可穿戴設(shè)備，以及汽車上，MEMS傳感器都扮演著重要角色。物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都將是MEMS傳感器發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/span>

02MEMS傳感器工作原理

因?yàn)镸EMS的微觀特性，很難直觀了解到其實(shí)際的工作情況，下面通過動(dòng)圖，直觀“看”到主流MEMS傳感器的工作原理。

?聲學(xué)傳感器

工作原理：聲壓導(dǎo)致振膜震動(dòng)，振膜和背板之間的間距發(fā)生變化而產(chǎn)生電容變化，聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娦盘?hào)。
應(yīng)用：麥克風(fēng)，TWS，超聲波傳感器...

?壓力傳感器

工作原理：當(dāng)受到壓力時(shí)，電阻結(jié)構(gòu)和底座的接觸面積變化，電壓也成比例變化，壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
應(yīng)用：手機(jī)，GPS垂直高度測量定位...

?加速度傳感器

工作原理：物體產(chǎn)生加速度時(shí)，帶動(dòng)梳狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移，使梳狀結(jié)構(gòu)間電容改變，電容值和位移成比例變化，從而推算出加速度。
應(yīng)用：電動(dòng)汽車，游戲手柄，運(yùn)動(dòng)物體加速度測量...

03MEMS芯片測試
對(duì)比傳統(tǒng)芯片，MEMS芯片封測環(huán)節(jié)更為關(guān)鍵。元件成本95%以上是花費(fèi)在封裝測試中，對(duì)這部分進(jìn)行優(yōu)化和制作最精巧的MEMS結(jié)構(gòu)一樣重要。

MEMS測試要點(diǎn)
1對(duì)測量精度要求極為苛刻
測試MEMS傳感器，需要模擬不同的環(huán)境變量變化實(shí)現(xiàn)全場景覆蓋，從而會(huì)在繁多的測試條件下產(chǎn)生大量的測試數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過算法擬合反推外界變量的狀態(tài)變化。能精準(zhǔn)穩(wěn)定的測量轉(zhuǎn)換后的電阻電容頻率值變化是判定MEMS傳感器的準(zhǔn)確度和靈敏度的前提條件。MEMS芯片測試機(jī)需能高精度測量電壓電流，電容值，波形等信號(hào)。

2方案時(shí)效性要求高
MEMS芯片之間差異化程度高，即使是同類產(chǎn)品下，不同型號(hào)都意味著要構(gòu)建新的測試算法。每一個(gè)測試項(xiàng)的制定和實(shí)施方案，都是設(shè)計(jì)端和測試端深度配合的過程。測試軟件良好的用戶體驗(yàn)無疑會(huì)讓測試方案開發(fā)過程更流暢高效，保證時(shí)效性。
3成本管控
由于MEMS傳感器市場分散，MEMS芯片產(chǎn)品開發(fā)周期和成本較通用IC芯片要壓縮很多。能處理海量測試原始數(shù)據(jù)，在不同的算法規(guī)則下實(shí)時(shí)分析測試結(jié)果，對(duì)測試機(jī)資源容量，和運(yùn)算處理能力要求都很高。

UI-X6220是一個(gè)專用于MEMS芯片的數(shù)字功能測試板卡，可用于多功能測試、量產(chǎn)測試等。每張板卡有32個(gè)通道，每個(gè)通道有PMU功能，通過多板卡級(jí)聯(lián)，能擴(kuò)展到最多512個(gè)通道，可以進(jìn)行DC，AC相關(guān)參數(shù)測試。每個(gè)數(shù)字通道有獨(dú)立的可編程功能， 可以用作drive hi, drive lo, sense hi, sense lo和load value，另外，每個(gè)通道提供了高精度測量單元(PMU)，以便用戶能進(jìn)行DUT(device under test)的測試，包括參數(shù)測試，并行測試等

UI-X6220是基于PXI架構(gòu)的板卡，具有多功能測試能力，提供了I2C/SPI功能，counter計(jì)數(shù)器功能，每張板卡能提供16site的I2C測試，8site的SPI測試，通過級(jí)聯(lián)，可以并行測試高達(dá)128site，同時(shí)，UI-X6220也有pattern memory的功能，每通道32M ，能進(jìn)行10M的動(dòng)態(tài)數(shù)字功能測試?；赑er pin per site的架構(gòu)，能支持ATE的功能測試，可擴(kuò)展性強(qiáng)，支持多種軟件開發(fā)環(huán)境，能快速幫助客戶進(jìn)行開發(fā)，性價(jià)比高，能為客戶減小開發(fā)成本，快速切入市場，同時(shí)，該板卡也可以和其他功能板卡一起配合使用，比如RF板卡，SMU板卡，多功能數(shù)模板卡等，能提供完整的基于PXI的測試方案，能應(yīng)用到 MEMS測試，傳感器芯片測試，RF芯片測試，電源管理芯片測試，多功能芯片測試等

標(biāo)準(zhǔn)PXI總線架構(gòu)

每板32個(gè)PMU

16個(gè)I2C master，可達(dá)400kHz時(shí)鐘速率

8個(gè)SPI master，可達(dá)10MHz時(shí)鐘速率

16個(gè)32bit計(jì)數(shù)器,可達(dá)10ns

時(shí)鐘速率可達(dá)10MHz

32個(gè) I/O通道，每通道PMU功能

電壓范圍-1V到+10V

每個(gè)pin獨(dú)立，支持any pin to any site

每個(gè)pin獨(dú)立的PMU功能，獨(dú)立的DC level

操作系統(tǒng)支持Windows 7/10 等

支持LabView/ LabWindows 等

支持主/從架構(gòu)通信模式